Bei einem Bioprinter handelt es sich um einen 3D-Drucker für organische Substanzen. Auch unter der Bezeichnung 3D-Biodrucker zu finden, verarbeiten Bioprinter entgegen klassischen 3D-Druckern keine Kunststoffe oder Metalle, sondern organische Substanzen. Das Bioprinting stammt aus dem Forschungsumfeld des Tissue Engineering, den computergesteuerten Techniken zur Erstellung von organischen Strukturen aus lebendem Gewebe. Zu den interessantes Anwendungsbereichen der Bioprinter zählen die Forschungen im Bereich des 3D-Drucks von lebenden Organen. Auf dieser Seite stellen wir das Bioprinting ausführlich vor und zeigen regelmäßig aktualisiert alle Forschungsarbeiten und Entwicklungen im Bereich der Bioprinting-Technologie.
Dank 3D-Druck lassen sich heute geometrisch anspruchsvolle Objekte computergestützt designen und herstellen. Früher mussten diese Objekte mithilfe formgebender Werkzeuge unter hohem Materialverbrauch hergestellt werden. Mit der 3D-Drucktechnologie hat sich zum Glück einiges geändert, denn viele Produkte lassen sich nun günstiger, einfacher und auch umweltfreundlicher herstellen. So kommen 3D-Drucker bereits in unterschiedlichsten Industrie-Bereichen zum Einsatz – darunter auch in der Medizin, etwa um individuelle Implantate für Patienten herzustellen oder Operationen besser zu planen. Jetzt lassen sich auch gewisse Fortschritte auch im Bereich des Bioprintings verzeichnen, also dem 3D-Druck von organischem Gewebe.
Das sogenannte Bioprinting bezeichnet das Drucken organischer Substanzen zu dreidimensionalen Objekten. Obwohl diese Technologie erst so richtig erprobt wird, ermöglicht sie bereits ein stabiles Drucken von lebendigen Zellen im Schichtaufbauverfahren (additive Fertigung). So wird für die Zukunft gehofft, dass man in der Lage sein wird entsprechende Organe nachzubauen, wie etwa die Leber oder das Herz (mehr zum Thema auch auf der Seite „Organe aus dem 3D-Drucker„). Die nötigen Zellen werden dazu vorab gezüchtet und in polymeres Gel eingefügt. Durch diese Kombination wird eine Gewebestruktur erzeugt, die zu Organen umgewandelt werden soll.
Bei einem 3D-Biodrucker (engl. Bioprinter) handelt es sich dementsprechend um einen 3D-Drucker zum Erstellen (Drucken) von menschlichem oder tierischem Gewebe (z. B. Haut oder Zellen). Durch die Gewinnung von Stammzellen ermöglichen Biodrucker die Gewinnung von Organen. Die Technologie der 3D-Biodrucker befindet sich noch am Anfang der Forschung. Zahlreiche Voraussetzungen müssen für das Bioprinting erst noch erfüllt werden, wie zum Beispiel eine exakte Temperaturregelung. Da aber die Forscher unter Hochdruck arbeiten, sind neue Errungenschaften bereits in einigen Jahren zu erwarten.
Die Anwendung des Bioprinting beschränkt sich zurzeit auf das 3D-Drucken von Gewebegrundgerüsten, wobei im Endeffekt das Organ in diesem Gerüst reifen soll. Danach arbeiten die Zellen selbständig, jedoch lassen sich mit der aktuellen Technologie zum Zeitpunkt noch keine Blutgefäße erzeugen. Dies ist ein weiteres Problem fürs Bioprinting, da die Organe durch die Blutgefäße mit Nährstoffen versorgt werden. Deswegen handelt es sich hierbei um eine große Herausforderung für die Wissenschaftler, die erst noch bewältigt werden muss. Sollte es gelingen, auf diese Weise ein Organ zu züchten und durch Blutgefäße mit Nährstoffen zu versorgen, wird es bald möglich sein, ein passendes Organ für jeden Patienten zu drucken. So könnte ein Organ auf den Patienten perfekt abgestimmt werden, ohne dass es vom Körper abgestoßen wird.
Bioprinting wird auch in der synthetischen Biologie bereits seit geraumer Zeit eingesetzt. Es lassen sich auf diese Weise neue Lebensformen erzeugen, wie z. B. eine Qualle, die aus Muskelzellen von Ratten und Silikon besteht. Es ist generell möglich neue Wesen zu produzieren, bei denen verschiedene Eigenschaften verzeichnet werden.
In der Lebensmittelbranche konnte man mit der 3D-Drucktechnologie bereits nennenswerte Erfolge verzeichnen. So produzierte das Unternehmen Modern Meadow eine Fleischkopie mithilfe von Bioprinting. Es schmeckt auch wie richtiges Fleisch, wobei Proteinkleber und Muskelzellen für die Herstellung verwendet wurden. Leider ist diese Fleischart noch nicht kommerziell erhältlich, doch die Massentierhaltung könnte so um ein Vielfaches reduziert werden. Bis dahin ist allerdings noch ein langer Weg, denn vor allem die Akzeptanz der Endkunden ist eine wichtige Voraussetzung dafür. Die hohen Herstellungskosten sind eine weitere Hürde für den Druckprozess, da ein Stück vom 3D-gedruckten Fleisch immerhin ca. 60.000 € kostet.
Auf dieser Themenseite erhalten Sie aktuelle Informationen zum 3D-Biodrucker und dessen innovative Möglichkeiten für Forschung und Medizin. Abonnieren Sie unseren Newsletter und erhalten Sie regelmäßig aktuelle Informationen zu neuen Entwicklungen und Forschungen im Bereich des Bioprinting (zum Newsletter anmelden).
Ein Team von britischen Wissenschaftlern der Cardiff University hat einen 3D-Biodrucker aus LEGO-Bausteinen gebaut. Das Team nutzte den LEGO-Bioprinter und erstellte 3D-Modelle von synthetischer Haut. Es veröffentlichte die Pläne für den Biodrucker, damit er weltweit nachgebaut werden kann.
Forscher des Korea Institute of Science and Technology haben eine Biotinte entwickelt, die in Reaktion auf die Körpertemperatur aushärtet. Eine weitere Aushärtung ist nicht notwendig. Wir fassen das Wichtigste dazu zusammen.
Forscher aus Australien von der University of Sydney haben eine 3D-gedruckte Minilunge entwickelt, die dabei helfen soll, dass die Notwendigkeit von Tierversuchen entfällt. Die Entwicklung kommt zu einem Zeitpunkt, wo Wissenschaftlern klarer wird, dass Tierversuche gar nicht so genau sein können, wie früher angenommen wurde. 3D-gedruckte Minilungen wären hier eine gute Alternative.
Die beiden Medizinunternehmen Aspect Biosystems und Novo Nordisk gehen eine Partnerschaft ein, um gemeinsam 3D-biogedruckte Gewebetherapeutika zu entwickeln. Diese sollen dabei helfen, die Behandlung von Diabetes und Fettleibigkeit zu verbessern. Wir fassen das Wichtigste dazu zusammen.
Systemic Bio, ein Bioprinting-Tochterunternehmen von 3D Systems, hat seinen neuen Hauptsitz in Houston eröffnet. Vor Ort wird an der Herstellung von Hydrogelgerüsten und der F&E von Organe-on-a-Chips gearbeitet. Ziel ist es, die Arzneimittelentdeckung und -Entwicklung zu unterstützen.
Forscher der Pohang University of Science and Technology haben ein neuartiges 3D-Druckverfahren für das direkte, präzise Schreiben und Bemustern verschiedener Biopolymere mit voller mechanischer Stabilität und funktioneller Integrität vorgestellt. Die Arbeit soll beweisen, dass 100 % funktional und strukturell aktive Biopolymere in ultrafeinen 3D-Strukturen druckbar sind. Wir fassen das Wichtigste dazu zusammen.
Das US-amerikanische 3D-Druck-Unternehmen Stratasys gibt die Zusammenarbeit mit CollPlant bekannt. Diese sieht die Kombination der präzisen programmierbaren Photopolymerisationstechnologie (P3) von Stratasys mit den rhCollagen-basierten Biotinten von Collplant vor. Das erste Projekt ist die Entwicklung einer Lösung im industriellen Maßstab für das regenerative Brustimplantatprogramm von CollPlant.
Forscher der Swansea University Medical School haben mit Hilfe von 3D-Druck eine Nase für den medizinischen Einsatz entwickelt. Diese soll aus Hyaluronsäure und zerkleinertem Weichholz hergestellt werden können. Das daraus entstehende Grundgerüst soll Menschen nach Krebs oder Unfällen zu einem neuen, besseren Lebensgefühl mit einer passgenauen, angenehmeren Prothese verhelfen.
An der Missouri S&T haben Forscher eine Methode vorgestellt, die die Wissenschaft dem 3D-Druck von Organen einen Schritt näher bringen soll. Dazu haben sie eine neue Art von Nanomaterial entwickelt, das für das Bioprinting verwendet werden kann. Damit soll das Prozedere deutlich schneller und günstiger gelingen. Wir stellen die Forschungsarbeit einmal genauer vor.
Australische Forscher der University of New South Wales (UNSW Sydney) haben einen 3D-Biodrucker entwickelt, mit dem sie verschiedene Biomaterialien direkt auf Gewebe im Körper, wie zum Beispiel Organe, Biotinte aufbringen können. Der Prototyp namens FD3B wurde bereits erfolgreich in Tests eingesetzt. Die Forscher sehen eine Vielzahl an Anwendungsmöglichkeiten für ihre Entwicklung.
Schweizer Forscher der École Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL) haben ein 3D-Druckverfahren entwickelt, mit dem sie eine Tinte drucken können, die Calciumcarbonat-produzierenden Bakterien enthält. Das starke, leichte und umweltfreundliche 3D-gedruckte mineralisierte Biokomposit soll sich für Anwendungen von der Kunst bis zur Biomedizin eignen. Wir stellen die Biotinte „BactoInk“ und die Arbeit der Forscher einmal genauer vor.
Das in Australien ansässige Unternehmen Inventia und das medizinische Unternehmen MSD Pharmaceuticals arbeiten gemeinsam an der Entwicklung fortschrittlicher 3D-Zellmodelle zur Behandlung neurodegenerativer Erkrankungen. Dabei verwenden sie den Bioprinter Rastrum von Inventia. Für Inventia besteht das Hauptziel darin, die medizinische Forschung zu beschleunigen.
Das US-amerikanische Unternehmen 3D Systems kündigt sein „Regenerative Tissue Program“ an. Das Programm eignet sich für chirurgische Eingriffe, die eine Rekonstruktion mit organischem Gewebe erfordern. Das 3D-Druck-Unternehmen 3D Systems erklärt, dass damit die Konstruktion von vaskularisiertem, patientenspezifischem, lebendem menschlichen Gewebe möglich sein soll.
Forscher der Columbia University haben eine neuartige Methode entwickelt, um den 3D-Druck von Haut auch für komplexere Körperteile zu ermöglichen. Diese Haut zu züchten dauert bis zu 3 Wochen und wurde am Beispiel für den 3D-Druck der Haut einer menschlichen Hand vorgestellt. Wir stellen die Arbeit der US-Forscher einmal genauer vor.
Schweizer Forscher von der ETH Zürich haben eine Methode entwickelt, mit der sie künstliche Haut für Roboter mit einem 3D-Drucker herstellen können. Ihr Ziel ist es, lebende künstliche Haut für Roboter zu entwickeln, die sich selbst heilen kann. Wir stellen die Arbeit einmal genauer vor.
Das Schweizer Bioprinting-Start-up mimiX Biotherapeutics kündigt für Januar 2023 eine neue Finanzierungsrunde an. Damit möchte das Unternehmen die klinische Umsetzung seines FastSkin-Gewebes voranbringen. Das 3D-gedruckte FastSkin-Gewebe soll mit Hilfe der 3D-Druck-Technologie die Wundversorgung verbessern.
Das israelische Bioprinting-Unternehmen CollPlant stellt mit Collink.3D 90 eine neue Biotinte für den 3D-Druck mit einer organischen Substanz vor. Es ist das zweite, auf rekombinantem menschlichem Kollagen (rhCollagen) basierende Material. Das neue Material soll die schnellere Migration von Zellen in Gelmatrizen ermöglichen und die Lebensfähigkeit der Zellen in 3D-Bioprinting-Anwendungen maximieren.
Das israelische Lebensmittel-3D-Druck-Unternehmen Steakholder Foods entwickelt ein temperaturgeregeltes Druckbett für seinen Lebensmittel-3D-Drucker. Der industrietaugliche Biodrucker arbeitet mit kontaktlosen Strom- und Kommunikationsmodulen. Für Steakholder Foods ist es ein wichtiger Schritt in die Skalierung von mehr Produktionskapazitäten für den 3D-Druck von kultiviertem Fleisch.
Der deutsche Sartorius Konzern aus Niedersachsen ist eine Unternehmenspartnerschaft mit der schwedischen BICO Group eingegangen, die auch Lösungen für das 3D-Bioprinting entwickelt. Der biopharmazeutische Anbieter besitzt nun rund 9,1 Prozent der Anteile an der BICO Group. Wir stellen die Details zur Partnerschaft vor.
Französische Mediziner vom Claudius-Regaud-Institut und des Universitätsklinikums Toulouse implantierten erfolgreich eine mit 3D-Druck hergestellte und auf Biomaterialien basierende, nasenförmige Struktur im Gesicht einer Patientin. Mehrere Versuche mit traditionellen Methoden eine Nasen aus organischen Substanzen herzustellen sind zuvor gescheitert. Wir stellen die Arbeit der Ärzte vor.